JP6663618B2 - Accelerator and particle beam irradiation device - Google Patents
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Description
本発明は、陽子や炭素等のイオンを加速する加速器とそれを備えた粒子線照射装置に関する。 The present invention relates to an accelerator for accelerating ions such as protons and carbon, and a particle beam irradiation apparatus including the accelerator.
円形加速器において任意エネルギーのイオンビームを得る装置が特許文献1に記載されている。この特許文献1には、「超伝導体からなるビームガイドを、ディフレクターの後ろに設置し、このビームガイドをディフレクターとともに、粒子の軌道回転半径方向に沿って移動自在とした」と記載されている。
An apparatus for obtaining an ion beam of arbitrary energy in a circular accelerator is described in
粒子線照射装置は、大きく分けて、加速器としてシンクロトロンを有する粒子線照射装置と、加速器としてサイクロトロンを有する粒子線照射装置が知られている。 Particle beam irradiation apparatuses are roughly classified into a particle beam irradiation apparatus having a synchrotron as an accelerator and a particle beam irradiation apparatus having a cyclotron as an accelerator.
このうち、サイクロトロンを有する粒子線照射装置は、例えば、イオン源、サイクロトロン、ビーム輸送系、回転ガントリー及び照射装置を備える。サイクロトロンは、横断面が円形の一対の対向する鉄心で構成される真空容器、高周波加速装置及び取出し用電磁石を有する。ビーム輸送系は、取出し用電磁石が配置された、サイクロトロンの出射口に連絡されている。 Among them, the particle beam irradiation device having a cyclotron includes, for example, an ion source, a cyclotron, a beam transport system, a rotating gantry, and an irradiation device. The cyclotron has a vacuum vessel constituted by a pair of opposed iron cores having a circular cross section, a high-frequency accelerator, and an extraction electromagnet. The beam transport system is connected to the exit of the cyclotron where the extraction electromagnet is located.
サイクロトロンを有する粒子線照射装置では、イオン源から出射されたイオン(例えば、陽イオンまたは炭素等の陽子より質量の重い重粒子イオン)が、サイクロトロンの鉄心の横断面の中心に入射され、高周波加速装置で加速される。加速されたイオンビームは、鉄心の中心からリターンヨークの内側の側面に向かって螺旋状に周回し、鉄心の周辺部に設けられた取出し用電磁石によりビーム輸送系に出射される。この出射されたイオンビームは、ビーム輸送系を通って照射装置から治療台上の患者のがんの患部に照射される。 In a particle beam irradiation apparatus having a cyclotron, ions emitted from an ion source (for example, cations or heavy ion such as carbon, which is heavier than protons such as carbon) are incident on the center of the cross section of the iron core of the cyclotron, and are subjected to high-frequency acceleration. Accelerated by the device. The accelerated ion beam spirals from the center of the iron core toward the inner side surface of the return yoke, and is emitted to the beam transport system by an extraction electromagnet provided at the periphery of the iron core. The emitted ion beam passes through the beam transport system and is irradiated from the irradiation device to the affected part of the patient's cancer on the treatment table.
このような一般的なサイクロトロンでは、加速された粒子を取り出すために取り出し用のディフレクターを加速電極の外周近傍に設置している。そしてこのディフレクターによって最大エネルギーまで加速された粒子を取り出し、円形加速器外に設置されたエネルギー吸収体(ディグレーダー)を用いて任意のエネルギーの粒子を得ている。そのため、任意のエネルギーのビームを取り出すために余分な構成を設ける必要があるとともに、高精度なビームエネルギー制御が難しいことから、所定エネルギーのビームの取り出しが難しいとの問題があった。 In such a general cyclotron, a deflector for taking out is set near the outer periphery of the accelerating electrode in order to take out accelerated particles. Then, particles accelerated to the maximum energy by the deflector are taken out, and particles of arbitrary energy are obtained using an energy absorber (degrader) installed outside the circular accelerator. Therefore, it is necessary to provide an extra configuration in order to extract a beam of an arbitrary energy, and it is difficult to control a beam energy with high accuracy, so that it is difficult to extract a beam of a predetermined energy.
また、上述した特許文献1には、このディグレーダーを用いることなく任意エネルギーのイオンビームを得る円形加速器が記載されている。しかし、この特許文献1に記載されたビームの取り出しのための機構では、超電導体からなるビームガイドと、機械的に移動するディフレクターと、ビーム偏向器とが必要である。このため、真空中での大がかりな移動装置が必要になるため、装置が非常に大きくなり、また複雑になるという問題があった。
Further,
本発明の目的は、大がかりな移動装置を用いることなく、容易にかつ広い範囲に渡った任意のエネルギーのビームを取り出すことが可能な加速器とそれを備えた粒子線照射装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an accelerator capable of easily extracting a beam of any energy over a wide range without using a large-scale moving device, and a particle beam irradiation device including the accelerator. .
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、イオン源と、前記イオン源から引き出されたイオンビームを加速する加速部と、前記イオンビームの周回軌道を形成する等時性磁場を発生させる磁極と、前記周回軌道の中に配置された局所磁場発生部と、前記イオンビームの軌道を入射軌道調整部内で変更する変更部と、を備え、前記磁極は、中心が前記イオンビームの取り出し位置側に偏った位置にあり、前記周回軌道の中に軌道集約領域が発生するように前記周回軌道を形成し、前記イオン源が前記磁極の中心の近傍に配置されていることを特徴とする。
In order to solve the above problem, for example, a configuration described in the claims is adopted.
The present invention includes a plurality of means for solving the above-mentioned problems. For example, an ion source, an accelerating unit for accelerating an ion beam extracted from the ion source, and a circular orbit of the ion beam are mentioned. the provided magnetic pole for generating isochronous field that form a local magnetic field generating unit disposed within the orbit, and a changing unit for changing the trajectory of the ion beam at an incident trajectory adjustment portion, said The magnetic pole is located at a position whose center is deviated to the extraction position side of the ion beam, forms the orbit such that an orbital aggregation region is generated in the orbit, and the ion source is located near the center of the magnetic pole. Characterized by being arranged in
本発明によれば、複雑かつ大がかりな装置を用いることなく、容易にかつ広い範囲に渡って任意のエネルギーのビームを取り出すことができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the beam of arbitrary energy can be taken out easily and over a wide range, without using a complicated and large-scale apparatus.
以下に本発明の加速器および粒子線照射装置の好適な形態である実施例1−3を、図面を用いて説明する。最初に、本発明の加速器として最も適した構成の加速器のコンセプトについて説明する。 Embodiments 1-3, which are preferred embodiments of the accelerator and the particle beam irradiation device of the present invention, will be described below with reference to the drawings. First, the concept of the accelerator having the most suitable configuration as the accelerator of the present invention will be described.
本発明者らは、サイクロトロンのようにイオンビームを連続的に取り出すことができ、かつシンクロトロンのようにエネルギーが異なるイオンビームを取り出すことができる加速器を実現するために種々の検討を行った。 The present inventors have conducted various studies to realize an accelerator that can continuously extract an ion beam like a cyclotron and can extract an ion beam with different energy like a synchrotron.
本発明者らがまず着目したのは、ビーム取り出しが容易に行えるように、サイクロトロンの真空容器内を周回するイオンビームのビーム周回軌道の相互の間隔(真空容器の半径方向におけるビーム周回軌道相互の間隔)を広くすることであった。このビーム周回軌道の間隔を広くする、すなわち、ビーム周回軌道相互間の間隔(ターンセパレーション)を大きくすることは、真空容器の直径が大きくなり、サイクロトロンが大型化することにつながる。また、一般的なサイクロトロンでは、真空容器内で同心円状のビーム周回軌道を描いており、高エネルギーでのターンセパレーションの確保が困難なため、エネルギーが異なる各イオンビームを効率良く出射することが困難であった。 The present inventors first paid attention to the interval between the beam orbits of the ion beam orbiting in the vacuum vessel of the cyclotron (the mutual beam orbits in the radial direction of the vacuum vessel) so that the beam could be easily extracted. Interval). Increasing the interval between the beam orbits, that is, increasing the interval (turn separation) between the beam orbits, leads to an increase in the diameter of the vacuum vessel and an increase in the size of the cyclotron. Also, in a general cyclotron, a concentric beam orbit is drawn in a vacuum vessel, and it is difficult to secure high-energy turn separation, so that it is difficult to efficiently emit each ion beam having a different energy. Met.
ここで、サイクロトロンでは、螺旋状に半径が徐々に拡大するビーム通過領域(平面)が存在し、イオン源はこの領域の中心近くに設置してイオンを周回軌道に入射するようにしている。本発明者らは、サイクロトロンにおいてビーム通過領域の中心に存在するビーム入射点を、ビーム通過領域外周に形成されるビーム取り出し口側に移動させること、すなわち、ビーム入射点をビーム通過領域の中心ではなくビーム取り出し口側にずれた位置から周回軌道中に移動させることを考えた。その結果、真空容器内へ入射されるイオンの入射位置とビーム取り出し口の間で真空容器内に形成されるビーム周回軌道相互の間隔が密になり(軌道集約領域が形成される)、ビーム取り出し口と180度反対側の位置では、ビーム入射点とビーム取り出し口の間隔とは逆に真空容器内に形成されるビーム周回軌道相互後の間隔を広くできることが分かった。 Here, in the cyclotron, there is a beam passing region (plane) in which the radius gradually increases in a spiral shape, and the ion source is installed near the center of this region so that ions enter the orbit. The present inventors move the beam incident point present at the center of the beam passing area in the cyclotron to the beam extraction port side formed on the outer periphery of the beam passing area, that is, move the beam incident point at the center of the beam passing area. It was considered to move the beam into the orbit from a position shifted toward the beam extraction port. As a result, the interval between the beam orbits formed in the vacuum vessel between the incident position of the ions to be injected into the vacuum vessel and the beam extraction port becomes closer (orbital convergence area is formed), and the beam is extracted. At a position 180 ° opposite to the port, it was found that the distance between the beam orbits formed in the vacuum vessel could be widened, contrary to the distance between the beam incident point and the beam extraction port.
本発明者らは、このようなビーム周回軌道の考え方を適用することによって、エネルギーが異なる各イオンビームを効率良く取り出すことができる新たな加速器を創成した。 The present inventors have created a new accelerator capable of efficiently extracting each ion beam having a different energy by applying such a concept of the beam orbit.
以上に述べた本発明者らが新たに創成した加速器に好適に適用することができる本発明の実施例を、図面を用いて以下に説明する。 An embodiment of the present invention which can be suitably applied to the accelerator newly created by the present inventors described above will be described below with reference to the drawings.
<実施例1>
本発明の加速器および粒子線照射装置の実施例1を、図1乃至図8を用いて説明する。最初に、粒子線照射装置の全体構成および関連する装置の構成について図1を用いて説明する。図1は、本発明が関係する粒子線照射装置の全体構成を示す図である。
<Example 1>
First Embodiment An accelerator and a particle beam irradiation apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the overall configuration of the particle beam irradiation apparatus and the configuration of a related apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a particle beam irradiation apparatus to which the present invention relates.
図1において、粒子線照射装置100は、加速器20、ビーム輸送系60、照射装置70、治療台40、および制御装置50を備える。
1, the particle
粒子線照射装置100では、イオン源4で発生させたイオンを加速器20で加速してイオンビームとする。加速されたイオンビームは加速器20から出射され、ビーム輸送系60により照射装置70まで輸送される。輸送されたイオンビームは照射装置70で患部形状に合致するように整形され、治療台40に横になった患者45の標的に対して所定量照射される。
In the particle
これら加速器20をはじめとした粒子線照射装置100内の各装置,機器の動作は、制御装置50によって制御される。
The operation of each device and equipment in the particle
次に加速器20の構造について図2乃至図8を用いて説明する。図2は本発明を適用した円形加速器の概略側面図で、図3は図2の概略平面図である。図4は磁極の概略を示した斜視図である。図5は角度調整器の概略を示す横断面図である。図6はイオン源を回転させる角度調整器を用いる場合のイオンビームの軌道の例を示す平面図である。図7はイオン源を回転させた場合の回転角度と取り出しエネルギーの関係を示す図である。図8は局所磁場発生部の概略を示した横断面図である。
Next, the structure of the
図2および図3に示すように、加速器20は、イオン源4と、高周波電極(加速部)3と、磁極1と、局所磁場発生部2と、真空容器10と、円環状コイル5と、取り出しセプタム11とを備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3,
真空容器10の内部には、内部が中空となる高周波電極3が磁極凹部1cの部分に左右対称に配置されており、高周波電源15により外部から高周波を加えるようになっている。この高周波により発生した電場を用いて高周波電極3はイオン源4から引き出されたイオンビームを加速する。
Inside the
真空容器10は磁極1によって挟まれるように配置されており、全体としてひとつの真空容器を形成するとともに、磁気回路を構成することで磁極ギャップ43に主磁場41を発生させる。真空容器10は非磁性体である。
The
円環状コイル5は真空容器10の大気側に設置されており、磁極1によって磁極1間の磁極ギャップ43に主磁場41(B0)を発生させるためのコイルである。円環状コイル5は常電導材料によるコイルでも超電導材料によるコイルでも構わない。
The
磁極1は、図4に示すように、磁極凸部1a,1bおよび磁極凹部1cを有しており、上面から見たときに左右対称、上下非対称の構造となっている。イオンビームの周回周波数は例えば19.82メガヘルツ(MHz)などで、磁極1はどのエネルギーでも同一時間で1周する等時性磁場を発生させるように設定されている。例えば、ビームの軌道に沿ってビームに作用する磁場は、磁極凸部1a,1bにより凹部では低磁場、凸部では高磁場となるように形成されている。磁極凸部1a,1bの形状および高さは、磁極ギャップ43方向と周回方向のイオンビームの発散を抑えるような向き、強度に設定される。磁極1は磁性体で、例えば鉄などである。磁極1の磁極ギャップ43に対向する面は対称形状である。磁極凸部1a,1b、磁極凹部1cで形成される磁極の中心は磁極1中心からビームの取り出し位置44に偏った位置にあり、その近傍にイオン源4が配置されている。このような偏った配置構造により、磁極1は周回軌道中に軌道集約領域18を発生させる。
As shown in FIG. 4, the
なお、本実施例では4個の磁極凸部1a,1bを使用しているが、2極以上であれば制限はない。また、図示していないが磁極凸部1a,1bには磁場の微調整用のトリムコイルを設け、等時性とベータトロン振動の安定を確保するようにトリムコイル電流を調整することも可能である。
In this embodiment, four
なお、本発明における「等時性磁場」とは、上述のように、加速されるイオンビームのエネルギーが増加してこのイオンビームが周回するビーム周回軌道の半径が大きくなってもイオンビームが一周する時間が変わらない磁場のことを意味する。 As described above, the “isochronous magnetic field” in the present invention means that even if the energy of the accelerated ion beam increases and the radius of the beam orbit around which the ion beam circulates increases, the ion beam makes one round. This means a magnetic field whose time does not change.
また、「周回軌道」とは、イオン源4から出射されたイオンが取り出し位置44から取り出されるまでの複数の環状の軌道のことを意味する。
The “circular orbit” means a plurality of annular orbits until ions emitted from the
イオン源4は、図2に示すように、磁極1内に配置されており、高周波電源15によって高周波を高周波電極3に与えることで接地電極21と高周波電極3との間に発生する電場によりイオン源4内で生成したイオンが加速器30内に引き出される。
As shown in FIG. 2, the
イオン源4には、図5に示すように、イオンビームの取り出しエネルギーに応じてイオン源4からの引き出し時から後のタイミングでイオンビームの軌道を変更するために、イオンビームの軌道を入射軌道調整部6内で変更する変更部として、角度調整器31が取り付けられている。
As shown in FIG. 5, in order to change the trajectory of the ion beam from the time of extraction from the
角度調整器31はモータ31aと取り付け軸31bとからなり、モータ31aによって取り付け軸31bに取り付けられたイオン源4を所定の角度だけ回転させることでイオン源4から引き出されるイオンの引き出し角度を調整する。イオン源4の取り付け軸31bは真空封止構造を有しており、真空容器10内の真空を保つように構成されている。
The
イオン源4の周囲には、イオンビームの取り出しエネルギーに応じてイオン源4からの引き出し時から後のタイミングでイオンビームの軌道を変更するための領域として出射直後の軌道を制御し、取り出しが容易になるように軌道を変更する入射軌道調整部6が定義されている。この入射軌道調整部6は、イオン源4から引き出し後1周以内の範囲のことを意味する。
Around the
図6に入射軌道調整部6にイオン源4の回転によりイオンビームの軌道を変更する様子の一例を示す。
FIG. 6 shows an example of how the incident
上述のように、接地電極21と高周波電極3の間に電場を発生させる。発生した電場によってイオン源4からイオンビームが引き出され、高周波電極3によって発生した電場により加速される。その際に、本実施例では、角度調整器31によってイオン源4を所定の角度に回転・固定することで、高周波電極3とイオン源4の引き出し面との角度によって引き出されるイオンビームの角度を任意の値に変更することができる。例えばイオンビームの引き出し角度が0度の場合は図6に示す変更前軌道7aとなり、イオン源4を回転させることで変更後軌道7bとなる。
As described above, an electric field is generated between the
高周波電極3による加速条件を一定とし、局所磁場発生部2と併用した場合のビームエネルギーの取り出しエネルギーとイオン源4の回転角について解析した結果の一例を図7に示す。
FIG. 7 shows an example of the analysis result of the extraction energy of the beam energy and the rotation angle of the
図7に示すように、例えば引き出し角度を0.17ラジアンとするようイオン源4を回転させることで、70メガ・エレクトロン・ボルト(MeV)のビームが取り出すことができる。また、引き出し角度を0.215ラジアンとするようイオン源4を回転させることで85MeVのビームを、引き出し角度を0.24ラジアンとするようイオン源4を回転させることで95MeVのビームを、取り出すことができる。局所磁場発生部2は、図2および図8に示すように、ビーム周回軌道7が集約した軌道集約領域18が形成された側の180度反対側の磁極凹部1cの周回軌道の中に配置されている。この局所磁場発生部2は、磁極ギャップ43方向にイオンビームが通過する空間を開けて対向して配置されており、周回軌道上の一部に、イオンビームを取り出すための取り出し磁場(Bm)を発生させる。局所磁場発生部2は、例えば環状コイルや独立した2線以上で挟んで形成することも可能で、取り出すエネルギーの数に合わせて位置と個数が決定される。
As shown in FIG. 7, for example, by rotating the
局所磁場発生部2により発生された磁場により偏向されたイオンビームは取り出し位置44に輸送される。取り出し位置44に輸送されたイオンビームは、取り出しセプタム11によって磁極1外部へと取り出される。取り出しセプタム11は、磁場を使用しても電場を使用しても同様の動作をする。
The ion beam deflected by the magnetic field generated by the local
上記により構成された加速器20は以下のように動作する。
The
イオン源4から引き出され磁極凸部1a,1bの中心部より入射したイオンビームは、磁極凸部1a,1b、磁極凹部1cで形成された主磁場41により螺旋運動を行う。螺旋運動中に高周波電極3を通過するごとに高周波電極3で発生した電場によって加速され、エネルギーが増加し、回転半径を増加させて真空容器10内を周回運動する。この際、磁極凸部1a,1bの形状および高さは、磁極ギャップ43方向と周回方向のビームの発散を抑えるような向き、強度に設定されており、またイオンビームがどのエネルギーでも同一時間で1周するように設定されている。また、ビームの軌道に沿ってビームに作用する磁場は磁極凸部1a,1bにより凹部では低磁場、凸部では高磁場となっている。このようにビーム軌道に沿って磁場の強弱をつけ、さらに軌道に沿った磁場の平均値をビームの相対論的ガンマ・ファクター(γファクター)に比例させているため、周回ビームの周回時間をエネルギーに依らず一定としつつ、ビームの軌道面内と軌道面に対して垂直な方向で安定にベータトロン振動する。
The ion beam extracted from the
周回するビームは、取り出しエネルギーに達したところの局所磁場発生部2によって発生した局所磁場42によって軌道が偏向される。これにより周回ビームは周回軌道から逸脱し、取り出し位置44へと移動する。局所磁場42の向きはエネルギーによって主磁場41と同方向・逆方向が決められる。イオン源4近傍の入射ビーム軌道をイオン源4を回転させることで変更してあるため、局所磁場42の強度を低減しても所定のビームエネルギーのイオンビームを容易に取り出すことができる。また、周回するイオンビーム軌道が取り出し位置44で集約していることから、集約していない軌道に比べ少ない局所磁場42で取り出し位置44に向けた偏向・取り出しが可能となる。
The trajectory of the circulating beam is deflected by the local
取り出し位置44へのビーム移動調整は局所磁場発生部2と入射軌道調整部6の両方を使用する場合について説明したが、それぞれを単独で使用しても構わない。例えば、局所磁場発生部2で発生できる磁場は、常用される線材を使用した場合、0.02テスラ(T)となり、不足する変位量を入射軌道調整部6で補うように使用する。
The beam movement adjustment to the
このように磁場を用いてビームの取り出しを行うことにより、摺動部を用いる必要がなく、高速にエネルギーの切り替えができる。また、局所磁場発生部2を取り出すエネルギー分中心から外周方向へ複数配置すれば局所磁場発生部2を移動することなくエネルギーの切り替えが可能となる。なお、イオンビームの取り出しは半周で取り出しも可能であるが、複数回周回したのちに取り出しても問題ない。これにより、より少ない局所磁場強度と入射軌道の調整で取り出しが可能となる。
By extracting a beam using a magnetic field in this manner, energy can be switched at high speed without using a sliding portion. If a plurality of local
次に、本実施例の効果について説明する。 Next, effects of the present embodiment will be described.
上述した本発明の実施例1では、加速器20と、加速器20から出射されたイオンビームを照射する照射装置70と、を備えた粒子線照射装置100において、加速器20は、イオン源4と、イオン源4から引き出されたイオンビームを加速する高周波電極3と、イオンビームの周回軌道を発生させるように形成された、等時性磁場を発生させる磁極1と、周回軌道の中に配置された局所磁場発生部2と、イオンビームの軌道を入射軌道調整部6内で変更する角度調整器31と、を備えている。この加速器20は、角度調整器31により、イオンビームの取り出しエネルギーに応じてイオン源4からの引き出し時から後のタイミングでイオンビームの軌道を変更するように構成されている。
In the above-described first embodiment of the present invention, in the particle
このため、イオンビームを所定のエネルギーになるようにイオン源4を適宜調整することができ、従来に比べてより高速で、且つ大掛かりな装置を用いることなくイオンビームを取り出すことが可能となっている。また、局所磁場発生部2によってイオンビームを取り出しているため、局所磁場発生部2によって発生させる局所磁場42の強度を低減しても所定のビームエネルギーのイオンビームを容易に取り出すことができる。
Therefore, the
また、磁極1は、周回軌道中に軌道集約領域18を発生させるように形成されたため、周回するイオンビーム軌道が取り出し位置44で集約されていることから、集約していない軌道に比べて少ない局所磁場42でビームの取り出し位置44まで偏向させることができ、取り出しが非常に容易となる。特に、軌道集約領域18ではビーム周回軌道相互の間隔は従来に比べて狭くなっているため、イオンビームのエネルギーが広範囲にわたっていても、局所磁場発生部2で発生させる磁場等を用いることにより所定のエネルギーのイオンビームを軌道集約領域18側のビームの取り出し位置44に向けて安定、かつ容易に偏向させることができる。
Further, since the
更に、イオンビームの軌道を入射軌道調整部6内で変更する変更部として、イオン源4を回転させる角度調整器31を用いることで、簡易な構成により、イオンビームの軌道を変更することができ、所定のビームエネルギーのイオンビームを得ることができる。また、軌道中に挿入物がなく、周回を妨げることがないため、高精度なビーム制御が可能となる。
Further, by using the
また、イオン源4は、磁極1内に収容されたことにより、角度調整器31の構造を簡易にすることができる。
Further, since the
更に、イオン源4からのイオンの引き出し時にビームの軌道を変更しているため、軌道の変更を安定かつ確実に行うことができる。
Furthermore, since the trajectory of the beam is changed when the ions are extracted from the
<実施例2>
本発明の実施例2の加速器および粒子線照射装置を図9を用いて説明する。実施例1と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下の実施例においても同様とする。図9に、入射軌道調整部6に軌道変更電極を配置した本実施例の円形加速器の構成の断面の概略図を示す。
<Example 2>
Second Embodiment An accelerator and a particle beam irradiation apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The same applies to the following embodiments. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the configuration of the circular accelerator according to the present embodiment in which the orbit changing electrode is disposed in the incident
図9に示すように、本実施例の加速器では、イオンビームの取り出しエネルギーに応じてイオン源4からの引き出し時から後のタイミングでイオンビームの軌道を変更するために、実施例1の角度調整器31に替わって、イオンビームの軌道を入射軌道調整部6内で変更する変更部として、イオン源4から引き出された直後のイオンビームに対向して配置された軌道変更電極32a,32bが磁極凹部1cに相当する部分に、鉛直方向に平行に対向して配置されている。この軌道変更電極32a,32bによって、イオン源4から引き出され、高周波電極3を1回通過した直後のイオンビームを偏向することで軌道を変更する。軌道変更電極32aには例えば正電位、軌道変更電極32bには軌道変更電極32aの逆電位となる負電位を与えた場合、正電荷を持つイオンビームは図9に示す変更前軌道7aから変更後軌道7bへ変更することができる。また、極性を変えることで反対方向へ軌道を変更させることができる。
As shown in FIG. 9, in the accelerator of the present embodiment, the angle adjustment of the first embodiment is performed in order to change the trajectory of the ion beam at a timing after the extraction from the
なお、軌道変更電極32a,32bは高周波電極3内に設置しても問題ない。
It should be noted that there is no problem even if the
また、軌道変更電極32a,32bの設置位置は何週目でも構わないが、周回を重ねるごとにエネルギーが増加し、偏向に必要な電圧が増加することから、イオン源4からの引き出し後1周以内の位置が最も適切である。
The
その他の構成・動作は前述した実施例1の加速器および粒子線照射装置と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。 Other configurations and operations are substantially the same as those of the accelerator and the particle beam irradiation device of the first embodiment described above, and the details are omitted.
本発明の実施例2の加速器および粒子線照射装置においても、前述した実施例1の加速器および粒子線照射装置とほぼ同様な効果が得られる。 In the accelerator and the particle beam irradiation apparatus according to the second embodiment of the present invention, substantially the same effects as those of the accelerator and the particle beam irradiation apparatus according to the first embodiment described above can be obtained.
また、イオンビームの軌道を入射軌道調整部6内で変更する変更部として、イオン源4から引き出されたイオンビームの軌道変更用の電場を発生させる軌道変更電極32a,32bを用いることにより、電場のON/OFFや強度の変更により軌道の変更を高速で行うことができ、変更に要する時間を短くすることができる。
In addition, as a changing unit that changes the trajectory of the ion beam in the incident
更に、入射軌道調整部6は、イオン源4から引き出し後1周以内の範囲であることで、偏向に要する電圧が高くなる前に軌道を偏向することができ、より容易に軌道の変更を行うことができる。
Further, since the incident
<実施例3>
本発明の実施例3の加速器および粒子線照射装置を図10を用いて説明する。図10に、入射軌道調整部6に軌道変更電磁石を配置した本実施例の円形加速器の構成の断面の概略図を示す。
<Example 3>
Third Embodiment An accelerator and a particle beam irradiation apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the configuration of the circular accelerator according to the present embodiment in which the orbit changing electromagnet is disposed in the incident
図10に示すように、本実施例の加速器では、イオンビームの取り出しエネルギーに応じてイオン源4からの引き出し時から後のタイミングでイオンビームの軌道を変更するために、イオンビームの軌道を入射軌道調整部6内で変更する変更部として、実施例1の角度調整器31に替わって、イオン源4から引き出された直後のイオンビームに対向して配置された環状の軌道変更電磁石33が磁極凹部1cに相当する部分に配置されている。この軌道変更電磁石33は、磁極ギャップ43方向に空間を開けて対向して配置されている。この軌道変更電磁石33によって、イオン源4から引き出され、高周波電極3を1回通過した直後のイオンビームを偏向することで軌道を変更する。軌道変更電磁石33により発生する磁場は図10の紙面上に垂直な方向に発生する。発生する磁場の極性は、取り出すイオンビームのエネルギーに合わせて変更する。
As shown in FIG. 10, in the accelerator of the present embodiment, the trajectory of the ion beam is incident in order to change the trajectory of the ion beam at a timing after the extraction from the
なお、軌道変更電磁石33の設置位置は何週目に設置しても構わないが、周回を重ねるごとにエネルギーが増加し、偏向に必要な磁場が増加することから、イオン源4からの引き出し後1周以内の位置が最も適切である。
The position of the
その他の構成・動作は前述した実施例1の加速器および粒子線照射装置と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。 Other configurations and operations are substantially the same as those of the accelerator and the particle beam irradiation device of the first embodiment described above, and the details are omitted.
本発明の実施例3の加速器および粒子線照射装置においても、前述した実施例1の加速器および粒子線照射装置とほぼ同様な効果が得られる。 In the accelerator and the particle beam irradiation apparatus according to the third embodiment of the present invention, substantially the same effects as those of the accelerator and the particle beam irradiation apparatus according to the first embodiment described above can be obtained.
また、イオンビームの軌道を入射軌道調整部6内で変更する変更部として、イオン源4から引き出されたイオンビームの軌道変更用の磁場を発生させる軌道変更電磁石33を用いることにより、磁場のON/OFFや強度の変更により軌道の変更を高速で行うことができ、変更に要する時間を短くすることができる。
In addition, as a changing unit that changes the trajectory of the ion beam in the incident
更に、入射軌道調整部6は、イオン源4から引き出し後1周以内の範囲であることで、偏向に要する磁場が増加する前に軌道を偏向することができ、より容易に軌道の変更を行うことができる。
Further, since the incident
<その他>
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えことが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
<Others>
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment. Also, for a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, or replace another configuration.
1…磁極
1a,1b…磁極凸部
1c…磁極凹部
2…局所磁場発生部
3…高周波電極(加速部)
4…イオン源
5…円環状コイル
6…入射軌道調整部
7…ビーム周回軌道
7a…変更前軌道
7b…変更後軌道
10…真空容器
11…セプタム
15…高周波電源
20…加速器
21…接地電極
31…角度調整器(変更部)
31a…モータ
31b…取り付け軸
32a,32b…軌道変更電極(変更部)
33…軌道変更電磁石(変更部)
40…治療台
41…主磁場
42…局所磁場
43…磁極ギャップ
44…取り出し位置
45…患者
50…制御装置
60…ビーム輸送系
70…照射装置
100…粒子線照射装置
DESCRIPTION OF
4 ...
31a:
33 ... orbit changing electromagnet (change part)
40 ... treatment table 41 ... main
Claims (8)
前記イオン源から引き出されたイオンビームを加速する加速部と、
前記イオンビームの周回軌道を形成する等時性磁場を発生させる磁極と、
前記周回軌道の中に配置された局所磁場発生部と、
前記イオンビームの軌道を入射軌道調整部内で変更する変更部と、を備え、
前記磁極は、中心が前記イオンビームの取り出し位置側に偏った位置にあり、前記周回軌道の中に軌道集約領域が発生するように前記周回軌道を形成し、
前記イオン源が前記磁極の中心の近傍に配置されている
ことを特徴とする加速器。 An ion source;
An accelerating unit for accelerating an ion beam extracted from the ion source,
A magnetic pole that generates the isochronous field that form the orbit of the ion beam,
A local magnetic field generator arranged in the orbit,
A changing unit that changes the trajectory of the ion beam in an incident trajectory adjusting unit ,
The magnetic pole is located at a position whose center is deviated to the extraction position side of the ion beam, and forms the orbit such that an orbit aggregation region is generated in the orbit,
The accelerator according to claim 1, wherein the ion source is disposed near a center of the magnetic pole .
前記変更部は、前記イオン源を回転させる角度調整器である
ことを特徴とする加速器。 The accelerator according to claim 1,
The accelerator, wherein the change unit is an angle adjuster that rotates the ion source.
前記イオン源は、前記磁極内に収容された
ことを特徴とする加速器。 The accelerator according to claim 2,
The accelerator, wherein the ion source is accommodated in the magnetic pole.
前記変更部は、前記イオン源から引き出された前記イオンビームの軌道変更用の電場を発生させる電極である
ことを特徴とする加速器。 The accelerator according to claim 1,
The accelerator, wherein the changing unit is an electrode that generates an electric field for changing the trajectory of the ion beam extracted from the ion source.
前記変更部は、前記イオン源から引き出された前記イオンビームの軌道変更用の磁場を発生させる電磁石である
ことを特徴とする加速器。 The accelerator according to claim 1,
The accelerator, wherein the changing unit is an electromagnet that generates a magnetic field for changing the trajectory of the ion beam extracted from the ion source.
前記入射軌道調整部は、前記イオン源から引き出し後1周以内の範囲である
ことを特徴とする加速器。 The accelerator according to claim 1,
The accelerator according to claim 1, wherein the incident trajectory adjustment unit is within a range of one revolution after being extracted from the ion source.
前記加速器から出射された前記イオンビームを照射する照射装置と、を備えた
ことを特徴とする粒子線照射装置。 An accelerator according to claim 1;
An irradiation device for irradiating the ion beam emitted from the accelerator. A particle beam irradiation device.
前記イオン源から出射されたイオンビームを加速する加速部と、
前記イオンビームの周回軌道を形成する等時性磁場を発生させる磁極と、
前記周回軌道の中に配置された局所磁場発生部と、を備え、
前記磁極は、中心が前記イオンビームの取り出し位置側に偏った位置にあり、前記周回軌道の中に軌道集約領域が発生するように前記周回軌道を形成し、
前記イオン源が前記磁極の中心の近傍に配置されており、
前記イオンビームの取り出しエネルギーに応じて前記イオン源からの引き出し時から後のタイミングで前記イオンビームの軌道を変更する
ことを特徴とする加速器。 An ion source;
An accelerating unit for accelerating an ion beam emitted from the ion source,
A magnetic pole that generates the isochronous field that form the orbit of the ion beam,
A local magnetic field generator arranged in the orbit,
The magnetic pole is located at a position whose center is deviated to the extraction position side of the ion beam, and forms the orbit such that an orbit aggregation region is generated in the orbit,
The ion source is disposed near a center of the magnetic pole,
An accelerator, wherein the trajectory of the ion beam is changed at a later timing from the time of extraction from the ion source in accordance with the extraction energy of the ion beam.
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